Der Begriff „Edelstahl“ wird üblicherweise als allgemeiner Begriff verwendet, tatsächlich gibt es jedoch mehrere Variationen von Edelstahl, jede mit einzigartigen Anwendungen. Dabei handelt es sich um eine Legierung, die durch die Kombination verschiedener unedler Metalle entsteht, wodurch ein Material entsteht, das deutlich fester ist als seine einzelnen Bestandteile. Dies gilt für alle Legierungen, auch für Edelstahl.
Was ist Edelstahl?
Edelstahl ist eine Legierung auf Eisenbasis, die aufgrund ihres hohen Chromgehalts von mindestens 11 % eine bemerkenswerte Beständigkeit gegen Rost und Korrosion aufweist. Der Legierung können andere Elemente wie Kohlenstoff, Nichtmetalle und Metalle zugesetzt werden, um bestimmte gewünschte Eigenschaften zu erzielen. Das Vorhandensein von Chrom in Edelstahl führt zur Bildung eines passiven Films, der als Schutzschicht fungiert und dem Material in Gegenwart von Sauerstoff eine Selbstheilung ermöglicht.
Die hervorragenden Eigenschaften dieses Stahls, einschließlich seiner Korrosionsbeständigkeit und seines Glanzes, machen ihn zu einem idealen Werkstoff für eine Vielzahl von Anwendungen. Es kann zu Blechen, Platten, Stäben, Drähten und Rohren für den Einsatz in verschiedenen Branchen geformt werden, darunter Kochgeschirr, Besteck, chirurgische Instrumente, Großgeräte, Fahrzeuge, Baumaterial für große Gebäude, Industrieausrüstung, wie sie beispielsweise in Papierfabriken zu finden ist, Chemieanlagen, Wasseraufbereitungsanlagen sowie Lagertanks und Tankwagen für Chemikalien und Lebensmittel.
Historie
Die Praxis, mit Metalllegierungen zu experimentieren, reicht Jahrtausende zurück. Hinweise auf die Eisenverhüttung reichen bis ins Jahr 1800 v. Chr. zurück Tiegel Stahl, hingegen wurde erstmals um 300 v. Chr. eingeführt
Edelstahl wurde entdeckt von Harry Brearley in Sheffield, England im Jahr 1913. Harry Brearley war Metallurge und versuchte, erosionsbeständigen Stahl herzustellen, als er zufällig herausfand, dass zusätzliches Chrom in Kohlenstoffstahl die Korrosionsbeständigkeit verbessern könnte. Die Legierung wurde „rostfreier Stahl“ genannt und später in „Edelstahl“ geändert. Die ersten Edelstahlbehälter enthielten 0.24 % C und 12.8 % Cr.
Im Laufe der Zeit haben Ingenieure immer wieder mit diesem Stahl experimentiert, was zu einem äußerst vielseitigen Material führte. Durch die Einbeziehung oder den Verzicht auf bestimmte Metalle konnten verschiedene Arten von Edelstahl hergestellt werden, jede mit einzigartigen Eigenschaften und Anwendungen. Dies hat dazu geführt, dass dieser Stahl in einer Vielzahl von Produkten verwendet wird, von Küchenutensilien über Bauelemente bis hin zu einfachen Gegenständen.
Zusammensetzung
Bei diesem Stahl handelt es sich um eine Stahlsorte, die mindestens 10.5 % Chrom sowie unterschiedliche Mengen anderer Elemente wie Nickel, Kohlenstoff, Mangan und Molybdän enthält. Die genaue Zusammensetzung von Edelstahl kann je nach Verwendungszweck und geforderten Eigenschaften variieren, im Allgemeinen enthält er jedoch die folgenden Elemente:
Chrom (Cr)
Chrom ist das wichtigste Element in Edelstahl, da es dem Stahlblech seine Korrosionsbeständigkeit verleiht. Der Chromgehalt in Edelstahl kann zwischen 10.5 % und bis zu 30 % liegen.
Nickel (Ni)
Edelstahl wird häufig mit Nickel versetzt, um seine Duktilität und Zähigkeit zu verbessern und seine Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen. Der Nickelanteil im Stahl kann zwischen 2 % und bis zu 30 % liegen.
Kohlenstoff (C)
Dem Stahl wird Kohlenstoff zugesetzt, um seine Festigkeit und Härte zu verbessern. Zu viel Kohlenstoff kann jedoch die Korrosionsbeständigkeit des Stahls verringern. Der Kohlenstoffgehalt in Edelstahl beträgt normalerweise weniger als 0.08 %.
Mangan (Mn)
Mangan wird Edelstahl zugesetzt, um seine Festigkeit und Duktilität zu verbessern. Der Mangangehalt in Edelstahl beträgt normalerweise weniger als 2 %.
Molybdän (Mo)
Einigen Arten dieses Stahls wird Molybdän zugesetzt, um ihre Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in rauen Umgebungen, zu erhöhen. Der Molybdängehalt in Edelstahl kann zwischen 0.2 % und 6 % liegen.
Weitere Elemente, die in geringeren Mengen im Stahl vorhanden sein können, sind Silizium, Stickstoff, Phosphor, Schwefel und Kupfer.
Was macht Edelstahl rostfrei?
Edelstahl ist für seine hohe Korrosions- und Fleckenbeständigkeit bekannt, was ihn „rostfrei“ macht. Das Schlüsselelement, das Edelstahl seine korrosionsbeständigen Eigenschaften verleiht, ist Chrom.
Wenn Chrom zu Stahl hinzugefügt wird, reagiert es mit Luftsauerstoff und bildet eine dünne, unsichtbare Chromoxidschicht auf der Stahloberfläche. Diese Schicht ist extrem dünn, nur wenige Atome dick, bietet aber einen hohen Schutz. Es fungiert als Barriere und verhindert, dass Wasser, Sauerstoff und andere korrosive Substanzen den darunter liegenden Stahl erreichen.
Neben Chrom können dem Edelstahl auch andere Elemente wie Nickel, Molybdän und Stickstoff zugesetzt werden, um seine Korrosionsbeständigkeit und andere Eigenschaften zu verbessern.
Insgesamt ist es das Vorhandensein von Chrom und anderen Legierungselementen, die den Stahl rostfrei machen, indem sie auf der Stahloberfläche eine Schutzschicht bilden, die Korrosion und Fleckenbildung verhindert.
Properties
Edelstahl ist ein äußerst vielseitiges Material mit einer Reihe von Eigenschaften, die es für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet machen. Zu seinen wichtigsten Eigenschaften gehören:
Korrosionsbeständigkeit
Es weist eine hohe Korrosions- und Rostbeständigkeit auf und eignet sich daher für den Einsatz in rauen Umgebungen, beispielsweise in der Schifffahrt und bei chemischen Verarbeitungsanwendungen. Diese Beständigkeit ist auf das Vorhandensein von Chrom zurückzuführen, das auf der Oberfläche des Stahls eine passive Oxidschicht bildet, die weitere Oxidation und Korrosion verhindert.
Festigkeit und Haltbarkeit
Dieser Stahl ist ein unglaublich starkes und langlebiges Material und eignet sich daher ideal für den Einsatz in Hochleistungsanwendungen, die ein hohes Maß an Festigkeit und Verschleißfestigkeit erfordern.
Hitzebeständigkeit
Dieser Stahl verfügt über eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit und eignet sich daher für den Einsatz in Umgebungen mit hohen Temperaturen. Diese Eigenschaft ist auf das Vorhandensein von Chrom zurückzuführen, das auf einer Stahloberfläche eine schützende Oxidschicht bildet, die hohen Temperaturen standhält, ohne sich zu verschlechtern.
Hygienische Eigenschaften
Diese Stähle lassen sich leicht reinigen und desinfizieren und eignen sich daher für den Einsatz in Anwendungen, bei denen Hygiene von entscheidender Bedeutung ist, beispielsweise in der Lebensmittelverarbeitung und in medizinischen Geräten.
Ästhetischer Anreiz
Sein elegantes und modernes Erscheinungsbild macht es zu einer beliebten Wahl für den Einsatz in Architektur- und Designanwendungen.
Typen
Es gibt verschiedene Arten dieses Stahls, jede mit ihren eigenen einzigartigen Eigenschaften und Eigenschaften. Die vier Hauptarten von Edelstahl sind:
Austenitische rostfreie Stähle
Dies ist die am häufigsten verwendete Edelstahlsorte und macht etwa 70 % der gesamten Edelstahlproduktion aus. Austenitischer Stahl ist nicht magnetisch, äußerst korrosionsbeständig und weist eine hervorragende Formbarkeit und Schweißbarkeit auf.
– Festigkeit: Austenitische Edelstähle sind typischerweise für ihre gute Duktilität, Zähigkeit und ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit bekannt, weisen jedoch im Vergleich zu anderen Edelstahltypen eine relativ geringere Festigkeit auf.
– Wärmebehandlung: Austenitische Edelstähle sind nicht wärmebehandelbar, können aber zur Verbesserung ihrer Festigkeit und Härte kaltverformt werden.
– Inhalt: Austenitische Edelstähle enthalten einen hohen Anteil an Nickel und Chrom sowie häufig etwas Molybdän, Stickstoff und andere Elemente.
– Typische Legierungen: Beispiele sind Edelstahl 304, 316 und 321.
Ferritische rostfreie Stähle
Ferritischer Edelstahl ist magnetisch und hat einen geringeren Kohlenstoffgehalt als austenitischer Edelstahl. Es weist eine hohe Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion auf und eignet sich daher für den Einsatz in Hochtemperaturanwendungen. Allerdings weist er eine geringere Zähigkeit auf und ist weniger duktil als austenitischer Edelstahl.
– Festigkeit: Ferritische rostfreie Stähle weisen eine mäßige Festigkeit auf, sind jedoch weniger duktil als austenitische rostfreie Stähle. Sie sind bekannt für ihre hervorragende Korrosionsbeständigkeit, insbesondere bei Hochtemperaturanwendungen.
– Wärmebehandlung: Ferritische Edelstähle werden normalerweise nicht wärmebehandelt, um ihre mechanischen Eigenschaften zu verbessern, da sie im geglühten Zustand relativ weich und duktil sind. Allerdings können ferritische Edelstähle in einigen Fällen wärmebehandelt werden, um ihre Bearbeitbarkeit zu verbessern und Spannungen durch Kaltumformung abzubauen. Die am häufigsten verwendete Wärmebehandlung für ferritischen Stahl ist das Glühen, bei dem der Stahl auf eine hohe Temperatur erhitzt und dann langsam abgekühlt wird. Dieser Prozess kann die Duktilität und Zähigkeit des Stahls verbessern und so die Verarbeitung erleichtern. Ferritische rostfreie Stähle können ebenfalls lösungsgeglüht werden, um ihre Formbarkeit zu verbessern. Sie werden jedoch normalerweise nicht durch Wärmebehandlung gehärtet, da sie nicht wie andere Stahltypen von Austenit in Martensit umgewandelt werden können.
– Inhalt: Ferritische Edelstähle enthalten viel Chrom und oft geringe Mengen anderer Elemente wie Molybdän, Titan und Aluminium.
– Typische Legierungen: Beispiele sind 409 und 430.
Martensitische rostfreie Stähle
Martensitischer Edelstahl ist magnetisch und hat einen höheren Kohlenstoffgehalt als austenitischer oder ferritischer Edelstahl. Es weist eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf und wird häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen eine hohe Festigkeit und Härte erforderlich ist, beispielsweise bei Besteck und chirurgischen Instrumenten.
– Festigkeit: Martensitische Edelstähle sind für ihre hohe Festigkeit und Härte bekannt, weisen jedoch im Vergleich zu anderen Edelstahltypen eine geringere Zähigkeit auf. Außerdem sind sie im Vergleich zu anderen Edelstahlsorten anfälliger für Korrosion.
– Wärmebehandlung: Martensitische Edelstähle sind wärmebehandelbar und können durch Wärmebehandlungsprozesse wie Abschrecken und Anlassen gehärtet und verstärkt werden.
– Inhalt: Martensitische rostfreie Stähle enthalten im Vergleich zu anderen rostfreien Stählen einen hohen Anteil an Kohlenstoff und häufig geringere Anteile an Nickel und Chrom.
– Typische Legierungen: Beispiele sind Edelstahl 410 und 420.
Duplex-Edelstähle
Duplex-Edelstahl ist eine Kombination aus austenitischem und ferritischem Edelstahl. Es verfügt über eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und hohe Festigkeit und eignet sich daher für den Einsatz in rauen Umgebungen wie Schifffahrts- und chemischen Verarbeitungsanwendungen. Allerdings kann es schwieriger zu schweißen sein als andere Stahlsorten.
– Festigkeit: Duplex-Edelstähle haben eine hohe Festigkeit, typischerweise höher als austenitische oder ferritische Edelstähle, und sie weisen eine gute Duktilität und Zähigkeit auf. Sie sind außerdem für ihre hervorragende Korrosionsbeständigkeit bekannt.
– Wärmebehandlung: Duplex-Edelstähle werden zum Härten in der Regel nicht wärmebehandelt, da sie bereits im geglühten Zustand eine hohe Festigkeit und gute Zähigkeit aufweisen. Duplex-Edelstähle können jedoch wärmebehandelt werden, um ihre Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit zu verbessern und Spannungen durch Kaltumformung abzubauen. Die am häufigsten verwendete Wärmebehandlung für Duplexstähle ist das Lösungsglühen mit anschließendem Abschrecken, bei dem der Stahl auf eine hohe Temperatur (typischerweise zwischen 1050 und 1150 °C) erhitzt und anschließend in Wasser oder Luft schnell abgekühlt wird. Dieser Prozess kann die Duktilität, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Stahls verbessern.
Duplex-Edelstähle können auch bei niedrigeren Temperaturen (780–850 °C) geglüht werden, um ihre Formbarkeit zu verbessern und Spannungen durch Kaltumformung abzubauen. Darüber hinaus können Duplexstähle bei Zwischentemperaturen (zwischen 475 und 550 °C) gealtert werden, um ihre mechanischen Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Dieser Prozess wird als Sekundärhärtung bezeichnet.
– Inhalt: Duplex-Edelstähle enthalten einen hohen Anteil an Chrom und Nickel sowie häufig kleinere Mengen anderer Elemente wie Molybdän und Stickstoff.
– Typische Legierungen: Beispiele sind 2205 und 2507.
Insgesamt hängt die Auswahl des Typs für eine bestimmte Anwendung von Faktoren wie den gewünschten Eigenschaften, dem Verwendungszweck und der Umgebung ab, in der er verwendet wird.
Anwendungen von Edelstahl
Architektur und Bauwesen
Aufgrund seiner Haltbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und Ästhetik wird es häufig beim Bau moderner Gebäude eingesetzt. Es kann für alles verwendet werden, von Strukturbauteilen bis hin zu dekorativen Oberflächen und Verkleidungen.
Küchenutensilien und Haushaltsgeräte
Aufgrund seiner hygienischen Eigenschaften, der einfachen Reinigung sowie der Beständigkeit gegen Korrosion und Flecken ist es eine beliebte Wahl für Küchengeschirr und Geräte. Es wird in allem verwendet, von Besteck und Kochgeschirr bis hin zu Kühlschränken und Geschirrspülern.
Medizinische Ausrüstung
Aufgrund seiner Biokompatibilität, Korrosionsbeständigkeit und einfachen Reinigung und Sterilisation wird Edelstahl häufig in der Medizinindustrie verwendet. Es wird in allen Bereichen eingesetzt, von chirurgischen Instrumenten und Implantaten bis hin zu medizinischen Geräten und Diagnosewerkzeugen.
Automobil und Luft- und Raumfahrt
Aufgrund seiner Festigkeit, Haltbarkeit und Beständigkeit gegen Korrosion und hohe Temperaturen wird es in der Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt. Es wird in allen Bereichen eingesetzt, von Abgassystemen und Motorkomponenten bis hin zu Flugzeugrahmen und Luft- und Raumfahrtstrukturen.
ÖL UND GAS
Aufgrund seiner Beständigkeit gegen Korrosion und hohe Temperaturen wird es häufig in der Öl- und Gasindustrie eingesetzt. Es wird in allen Bereichen eingesetzt, von Pipelines und Lagertanks bis hin zu Bohrgeräten und Offshore-Plattformen.
Zukunft der rostfreien Stähle
Die Zukunft von Edelstahl sieht rosig aus, da in verschiedenen Branchen, die auf dieses Material angewiesen sind, weiteres Wachstum erwartet wird. Hier sind einige Trends, die die Zukunft von Edelstahl voraussichtlich prägen werden:
Nachhaltigkeit
Es wird erwartet, dass der wachsende Fokus auf Nachhaltigkeit und Umweltbelange die Nachfrage nach hochwertigem Edelstahl ankurbeln wird, der hochgradig recycelbar ist und eine lange Lebensdauer hat.
Fortgeschrittene Fertigungstechniken
Durch die Entwicklung fortschrittlicher Fertigungstechniken wie dem 3D-Druck wird erwartet, dass sich die Designmöglichkeiten und die Produktionseffizienz der Stahlprodukte erhöhen.
Neue Anwendungen
Durch die kontinuierliche Forschung und Entwicklung werden wahrscheinlich neue Anwendungen für Edelstahl entstehen, insbesondere in den Bereichen Medizin, Elektronik und erneuerbare Energien.
Hochleistungslegierungen
Es wird erwartet, dass die Entwicklung neuer Hochleistungsstahllegierungen mit verbesserten Eigenschaften wie erhöhter Festigkeit, Haltbarkeit und Korrosionsbeständigkeit die Nachfrage in verschiedenen Branchen ankurbeln wird.
Oberflächenbehandlungstechnologien
Es wird erwartet, dass neue Oberflächenbehandlungstechnologien entstehen, die das Aussehen und die Haltbarkeit von Produkten verbessern.
Schlussfolgerung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es sich um ein bemerkenswertes Material handelt, das ein breites Anwendungsspektrum in verschiedenen Branchen bietet. Seine einzigartigen Eigenschaften, darunter Korrosionsbeständigkeit, Haltbarkeit und Wartungsfreundlichkeit, machen es zu einer beliebten Wahl für viele Anwendungen, von Architektur und Bauwesen bis hin zu medizinischen Geräten und Automobilkomponenten.
Mit kontinuierlicher Forschung und Entwicklung sieht die Zukunft von Edelstahl vielversprechend aus, da wahrscheinlich neue Anwendungen, Legierungen und Oberflächenbehandlungstechnologien entstehen werden. Die Nachhaltigkeit und Recyclingfähigkeit von Edelstahl machen ihn zu einer attraktiven Wahl für Unternehmen, die nach umweltfreundlicheren Materialien suchen.
Insgesamt Kompetente Bearbeitung Die Vielseitigkeit, Haltbarkeit und Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl machen ihn zu einem unverzichtbaren Werkstoff für eine Vielzahl von Anwendungen und es wird erwartet, dass er auch in den kommenden Jahren eine beliebte Wahl bleiben wird.